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El nitrógeno está representado por el símbolo químico N y su número atómico es el 7. Es el primero de la familia de los pnictógenos y constituye aproximadamente el 78,06% de la atmósfera en forma de dinitrógeno (N2). En términos de abundancia, este elemento es el 34º en la corteza terrestre. Está presente principalmente en los nitratos (el KNO3 o nitrato de potasio y el NaNO3 o nitrato de sodio). Estos últimos eran, hasta finales del siglo XIX, los componentes principales de la pólvora negra. El nitrógeno también se emplea con fines industriales en gran cantidad, especialmente en forma de compuestos de amonio. En la industria petrolífera, se utiliza principalmente para el tratamiento de hidrocarburos. Permite mejorar la calidad de los productos y aumentar el rendimiento.
Antoine Lavoisier dio al gas inerte el nombre de azote. Este último significa etimológicamente “sin vida”, ya que es incapaz de mantener la vida de los seres vivos (a diferencia del oxígeno). Su nombre latino es nitrogenium. Este término deriva del griego nitron gennan que se traduce como “formador de salitre”. Hoy en día, el término inglés “nitrogen” es el más utilizado para designar el nitrógeno. La palabra francesa “nitrogène” no es tan utilizada.
Los compuestos que contienen el elemento nitrógeno eran conocidos desde la Antigüedad. Tal es, por ejemplo, el caso del salitre (nitratos de sodio y de potasio). Sin embargo, no fue hasta 1772 cuando Daniel Rutherford logró aislar el dinitrógeno. Joseph Priestley, por su parte, preparó el óxido nitroso N2O en 1772 y el amoníaco NH3 en 1774. En cuanto a Louis Joseph Gay-Lussac, produjo en 1809 el primer compuesto aceptor.
Se conocen dieciséis isótopos del nitrógeno cuya masa atómica varía entre 10 y 25. Estos incluyen también un isómero nuclear, el 11mN. Entre ellos, dos son particularmente estables y permanecen presentes en la naturaleza: el 14N y el 15N. El primero está compuesto mayoritariamente de nitrógeno con un 99,64%. La masa atómica estándar de este gas incoloro e inodoro es de 14,0067 u.
Las vidas medias de los radioisótopos del nitrógeno son muy cortas. La mayoría son inferiores a 625 ms y ninguna supera los 7,15 segundos. El nitrógeno 13 (13N) es el que posee la vida media más larga. Esta es de 9,965 minutos.
El nitrógeno puede tomar diferentes formas, va del estado puro a compuestos más complejos que contienen oxígeno. También está presente en entidades que solo contienen el elemento N.
Existen cuatro formas químicas del nitrógeno: la molécula de dinitrógeno, el átomo y los dos iones.
El N2 es el compuesto de nitrógeno más común. Los dos átomos están unidos por un triple enlace. Este es considerado como uno de los más fuertes después del del monóxido de carbono (CO).
El dinitrógeno es cinéticamente inerte. Constituye el componente más abundante de la atmósfera terrestre. Se produce industrialmente por destilación del aire ambiente.
El proceso Haber permite obtener una formación de amoníaco. Se trata de su principal reactividad:
N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)
Se puede obtener nitrógeno (N2) en laboratorio por baja presión (0,1 – 2 mmHg) y con una descarga eléctrica. Después de su formación, se crea una débil luz amarilla que dura varios minutos. Se trata del resultado de la desexcitación de N2. Ha sido producido por la reunión de dos átomos de nitrógeno.
Esta forma excitada de dinitrógeno puede ser evidenciada en presencia de CO2. Se forma entonces CO y oxígeno atómico en un estado triplete.
El primer ion estable del nitrógeno es el nitruro N3−. Se encuentra únicamente en sólidos tales como los nitruros metálicos o los complejos metálicos. También está presente en el ion nitrato NO3−.
El ion azida N3− es la forma básica del ácido azothídrico HN3. Es el segundo ion estable del nitrógeno y puede ser utilizado para formar sales inorgánicas como la azida de sodio NaN3. También sirve para la fabricación de compuestos orgánicos sustituidos como la zidovudina.
El nitrógeno es un elemento que interactúa con varias otras sustancias químicas. Compuestos orgánicos e inorgánicos lo contienen. Algunos de ellos son reactivos y pueden servir para la señalización celular. También son utilizados como agente de la inmunidad, mientras que otros pueden ser nocivos.
El amoníaco es el compuesto más común que presenta un enlace N-H. Otros ejemplos de moléculas dotadas de este enlace son:
Los compuestos siguientes, menos comunes, también pueden ser mencionados: los azanos y los azenos. También forman parte de esta gran familia: el trans-diazeno N2H2 y su isómero el 1,1-diazeno, el triazeno N3H3, el triazano N3H5, etc.
El ciclo catalítico del dióxido, del monóxido y del NO2 permite determinar la importancia de los óxidos de nitrógeno.
Si la radiación del sol no estuviera ahí para fotodisociar el dióxido de nitrógeno, conduciría a una destrucción considerable del ozono. La fotodisociación del NO2 por la radiación solar tiene longitudes de onda inferiores a 400 nm. Permite limitar la concentración de este dióxido de nitrógeno.
Los óxidos de nitrógeno, clasificados según su número de oxidación (medio), son los siguientes:
Los compuestos nitrogenados son termodinámicamente inestables. Se descomponen en dióxido de nitrógeno y en dioxígeno a temperatura ambiente.
Los oxoaniones de nitrógeno, que son estables en medio acuoso, son los iones nitrato NO3- y nitrito NO2-. El ácido nítrico, fuerte, es la base conjugada del ion nitrato. En cuanto al ácido nitroso, débil, es la base conjugada del ion nitrito. Sin embargo, el ácido nitroso es inestable. En el agua, se disocia en monóxido de nitrógeno. Puede reoxidarse en ion nitrato y en dióxido de nitrógeno. Esta reacción se produce si el aire está presente.
Hubo que esperar hasta 1928 para que el halógeno de nitrógeno más estable fuera desarrollado. Luego, el tribromuro de nitrógeno NBr3, muy explosivo, fue aislado en 1975. En cuanto al triyoduro NI3, nunca ha sido obtenido. Sin embargo, su aducto I3N.NH3., una sustancia negra altamente inestable al calor y a los choques, fue preparado en 1812. Otras combinaciones como N2F2 también son conocidas.
La síntesis de azidas metálicas puede ser realizada por la reacción entre un metal y el dinitrógeno a alta temperatura. Este método permite producir compuestos de nitrógeno y de metal en forma de sólidos.
El nitrógeno gaseoso es una sustancia gaseosa que constituye el 78,06% del aire en volumen y el 75,5% en masa. Se produce en cantidad de 150 millones de toneladas al año a escala mundial. Se obtiene por licuefacción del aire, del cual es el principal constituyente.
El gas dinitrógeno se utiliza en las siguientes aplicaciones:
Un agente de lucha contra incendios se utiliza en sistemas de extinción automática de gas. Este está compuesto por un 50% de argón y a veces de dióxido de carbono. Sirve para proteger zonas sensibles contra los daños causados por el polvo o por la humedad. Este gas se conserva en bombonas metálicas y bajo una presión de aproximadamente 200 bares. Cuando se detecta un principio de incendio, el gas se libera en la habitación afectada.
Una cantidad de dinitrógeno se inyecta en la habitación. Reemplaza una parte del aire y hace bajar la tasa de oxígeno. Un nivel del 15% de comburente se mantiene generalmente para detener el fenómeno de combustión. Esta alternativa no tiene ningún efecto nefasto sobre la salud humana.
El nitrógeno puede ser inyectado en hornos de producción de metales altamente oxidables. Esto concierne al aluminio y sus aleaciones, por ejemplo. El proceso evita su oxidación por el oxígeno presente en el aire. También se utiliza para prevenir la corrosión durante las soldaduras como la soldadura del cobre.
El nitrógeno líquido es un gas que puede ser utilizado como pesticida suave. Es inodoro, incoloro y no inflamable. A menudo se utiliza en aplicaciones agrícolas para controlar las malas hierbas, los insectos y las plagas. Puede ser aplicado por vaporización, por irrigación o por aspersión. También se utiliza en aplicaciones industriales para el enfriamiento y la limpieza.
El nitrógeno líquido es un producto seguro para el medio ambiente, ya que está exento de productos químicos nocivos. Sin embargo, es importante señalar que puede ser tóxico para los animales y para las plantas. Esta situación se produce cuando el nitrógeno se utiliza a concentraciones demasiado elevadas. Por consiguiente, es importante seguir las instrucciones de los fabricantes al utilizar el nitrógeno líquido. Este gas también es muy económico y ecológico. No necesita mucha energía para ser producido o aplicado. Además, ningún producto químico nocivo se libera durante su uso.
El nitrógeno líquido es un producto utilizado como agente refrigerante. Está formado por nitrógeno y oxígeno a una presión extremadamente baja. Se utiliza principalmente en la industria alimentaria. Sirve para conservar alimentos y para fabricar productos lácteos. También se utiliza para el enfriamiento de ordenadores y otros aparatos electrónicos. El nitrógeno líquido es un gas inerte. No es inflamable y no reacciona al contacto con otras sustancias. Sin embargo, es extremadamente frío y puede provocar quemaduras severas debido a su contacto directo con la piel.
Muchas personas lo utilizan para llenar los neumáticos y para limpiar las piezas mecánicas. En el ámbito médico, resulta útil para la crioterapia y el tratamiento de los tumores. El nitrógeno líquido también se utiliza para la fabricación de productos farmacéuticos y cosméticos.
El dinitrógeno no produce ningún impacto en el efecto invernadero ni en la capa de ozono. Sin embargo, requiere depósitos y canalizaciones de grandes dimensiones. También hay que determinar medidas constructivas. Permiten gestionar la expansión brusca que puede alcanzar del 40 al 50% del volumen protegido. En comparación, los gases inhibidores químicos halogenados y los CFC son más nocivos para el medio ambiente.
Las muertes por asfixia son atribuibles a la utilización de dinitrógeno para crear entornos confinados inertes. Subrayan el peligro que hay al entrar en tales espacios. Siempre hay que verificar la concentración de oxígeno. En estos casos, se recomienda encarecidamente utilizar un aparato respiratorio autónomo.
Durante el buceo submarino, el nitrógeno inhalado bajo presión puede engendrar una narcosis. Las personas más sensibles a este fenómeno pueden verse afectadas a una presión parcial del nitrógeno (PpN2) de 3,2 bares. Corresponde a una profundidad de unos 30 metros en las aguas del mar. Una PpN2 de 5,6 bares (60 metros de profundidad en el mar) se considera nociva para el organismo. Esto explica el límite legal de buceo con aire a 60 metros en Francia. El nitrógeno es el único factor que determina la duración y la profundidad de las paradas de descompresión durante un buceo con aire.
A pesar de su denominación, el nitrógeno compone los seres vivos, los ecosistemas así como los agrosistemas. Representa aproximadamente el 15% de las proteínas y se utiliza en los productos químicos, especialmente los pesticidas de “ureas sustituidas”.
El nitro se utilizaba originalmente para fabricar pólvora. El nitrógeno se emplea hoy en día con fines de fertilización. Está presente en la urea animal y el guano (excrementos secos de aves o de murciélagos). La utilización de estos compuestos de nitrógeno se ha extendido en un gran número de países. Esto concierne especialmente a Chile, Perú, India, Bolivia, España, Italia y Rusia.
Hoy en día, numerosos usos son provistos por compuestos que son producidos industrialmente por síntesis química. Los fertilizantes agrícolas proporcionan a las plantas sales de amonio. Las obligan a absorber más agua. Este equilibrio osmótico aumenta su tamaño. En presencia de otros minerales, este aporte de nitrógeno estimula el crecimiento de las plantas cultivadas. Esto concierne al fósforo y al potasio.
Para sus usos, el nitrógeno se emplea en forma de nitrato de amonio (NH4NO3). También se declina en forma de sulfato de amonio (NH4)2SO4. Tiene, entre otros, monofosfato de amonio (NH4H2PO4) o urea (CO(NH2)2).
Hoy en día, el nitrógeno se utiliza cada vez más en todo el mundo. Esto ha provocado una contaminación generalizada (eutrofización, distrofización). Afecta al medio ambiente (aguas subterráneas, estuarios, ciertos litorales). Esta situación ha creado zonas muertas en los océanos. Se considera extremadamente preocupante según la ONU.
La nitroglicerina es un compuesto orgánico nitrado que se emplea para tratar desórdenes cardiovasculares. En cuanto al óxido nitroso, se trata de un gas hilarante que sirve para anestesiar.
El amoníaco NH3 se utiliza en la fabricación de polímeros y explosivos. También está presente en los fertilizantes y los fluidos refrigerantes para instalaciones industriales. Además, se utiliza como combustible para la hidrazina y otros derivados. Estos compuestos químicos orgánicos poseen varios grupos -ONO2 o -NO2 tales como la dinamita. También se utilizan como gas propulsor para las bombas de aerosol y aerógrafo. Sirven de conservante (número E E250). También hacen inflar instantáneamente los airbags de seguridad en caso de choque.
Los aminoácidos son la principal fuente alimentaria del nitrógeno. Solo las bacterias son capaces de utilizar el nitrógeno atmosférico. La medida no invasiva de las concentraciones de nitrógeno en el Hombre es éticamente imposible de realizar. Es posible en geología gracias a la irradiación de las piedras. Este proceso cuantifica el contenido en átomos de ciertos elementos tales como el nitrógeno. El balance nitrogenado tiene en cuenta las cantidades de nitrógeno aportadas y perdidas. Las fórmulas de Lee y Hartley o de Mac Kenzie son las más utilizadas. Están basadas en la excreción urinaria de urea.
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